Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kelayakan, kepraktisan, dan keefektifan bahan ajar dengan model P3E berorientasi metode eksperimen untuk melatihkan keterampilan proses sains dan critical thinking skills siswa. Penelitian ini dilaksanakan pada kelas IV di Sd Gmit no.7 Oebufu Kota Kupang. Penelitian ini menggunakan model 4D yang terdiri dari 4 tahapan yaitu pendefinisian (difine), perencanaan (design), pengembangan (develop), dan penyebaran (desiminate). Teknik analisis data yang digunakn adalah deskriptif kuantitatif dan kualitatif. Hasil penelitian menunjukkan bahwa: (1) bahan ajar berada pada kategori layak dengan rata-rata setiap aspek antara 3.1 sampai 3.8, (2) bahan ajar berada pada kategori sangat praktis berdasarkan respon guru dengan rata-rata 90%, dan respon siswa 93%, dan (3) efektif berdasarkan perolehan rata-rata N-gain dapat diketahui perolehan rata-rata untuk data N-gain keterampilan berpikir kritis sebesar 0,80, sedangkan keterampilan proses sains sebesar 0,72 dengan kategori tinggi.